1. 引言

隨著我國鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展,，機車行駛的速度越來越快，確保機車行駛的平穩(wěn)安全已經成為鐵路運輸部門工作的重中之重,，幫助司機和地面管理部門實時監(jiān)控機車運行狀況已經成為當務之急。特別是在機車駕駛由正、副司機操作改革為單司機值乘后,，一個司機在操作機車的同時還必須監(jiān)控動力間、輔助間,、電器間等設備間的運行情,。在這樣的背景下，研制一套機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)來幫助司機在駕駛室內對整個機車實施監(jiān)控,，輔助地面管理部門遠程實時掌握機車運行狀況,，就顯得十分重要了.本文從網絡選擇和系統(tǒng)結構方面論述了機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本開發(fā)方案。

2. 無線網絡的選擇

要使地面管理部門能夠實時監(jiān)控機車運行狀況,，該系統(tǒng)就必須選用無線網絡來傳輸數據,。目前，在我國,，能夠用于大數據量視頻信號傳輸的無線網絡主要有三種,，分別是中國GPRS、中國聯通的CDMA2000 1X 以及中國網通和中國電信的WLAN.這三種無線網絡各具優(yōu)勢,。

下面從速度,、穩(wěn)定性和覆蓋面、資費等方面比較這三種無線網絡的優(yōu)劣,，從而選擇一種適合機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的無線網絡,。

（1）速度

GPRS 網絡理論傳輸速率可達171.2kbps,運營商聲稱的傳輸速率可達115kbps,實際傳輸速率大約40kbps;CDMA2000 1X 網絡理論傳輸速率可達153.6kbps,實際傳輸速率大約70kbps;WLAN 網絡理論傳輸速率可達11Mbps,實際傳輸速率可達8Mbps,但是要受到接入人數的影響，接入人數越多,，每個用戶分到的帶寬越小,，傳送速率也就越慢。

從網絡的速度來說,，CDMA2000 1X 網絡要比GPRS 網絡快很多,，WLAN 網絡更快，但是要受到接入人數的影響[3].

（2）穩(wěn)定性和覆蓋面

GPRS 網絡只要有網絡信號的地方就可以使用,，目前GPRS 的網絡覆蓋已經非常完善,，信號也十分穩(wěn)定。CDMA2000 1X 網絡和GPRS 網絡一樣,，只要有網絡信號的地方就可以使用,，CDMA2000 1X 的網絡覆蓋和信號的穩(wěn)定性雖然不如GPRS 網絡，但也尚可,。WLAN 網路的覆蓋面還十分有限,，只能在具備無線AP 的附近使用，在使用上有一定局限性,。

從網絡的穩(wěn)定性來說,，GPRS 和CDMA 網絡的覆蓋面和穩(wěn)定性都還不錯,，WLAN 網絡的覆蓋面不足，使用受到限制,。

（3）資費

目前,，這三種網絡的各地運營商都推出了很多套餐，有包年,、包月,、包流量。綜合比較這三種網絡的各種資費標準,，CDMA2000 1X 網絡的資費最具優(yōu)勢,。

通過對以上三方面的比較，明確了三種網絡的優(yōu)劣,。結合機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)對無線網絡的需要,，最終決定選用中國聯通的CDMA2000 1X 網絡。

我國正準備大力發(fā)展TD-SCDMA 的3G 網絡,，而CDMA2000 1X 屬于向3G 網絡的過渡階段,。選用CDMA2000 1X 網絡開發(fā)機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在我國實施3G 網絡標準以后,，方便開發(fā)人員對產品進行系統(tǒng)升級,，使機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠享受到更加優(yōu)質的網絡服務。

3. 系統(tǒng)結構

整個系統(tǒng)分三部分,，分別為車載端,、視頻服務器端和遠程監(jiān)控端。這三部分依靠CDMA2000 1X 網絡和Internet 連接,。

3.1 車載端

車載端是機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要部分,，它將直接與機車司機接觸。為方便開發(fā),，縮短開發(fā)周期,，擬采用硬盤錄像機和無線視頻傳輸模塊為核心來組成車載端系統(tǒng)。

硬盤錄像機選用了深圳景陽公司的ADR 系列嵌入式數字硬盤錄像機,，它采用工業(yè)級專用數字信號處理器和嵌入式操作系統(tǒng)（Vxworks）,，可靠、穩(wěn)定,。它支持16 路視頻輸入，司機在駕駛室可通過RS485 接口接盤選擇1 路或者多路觀看,。同時,，它還支持多路報警量輸入，可在機車關鍵部位安裝溫度,、煙霧傳感器,，并接入硬盤錄像機對應接口,，在機車出現溫度、煙霧異常情況時,，硬盤錄像機可發(fā)出警報,，提醒司機注意。

無線視頻傳輸模塊選用了北京百目公司的極目 728M - CDMA 無線視頻傳輸器,，可通過廠家提供的SDK 進行二次開發(fā),，十分方便。

極目 728M 采用了基于H.264 的活動視頻壓縮算法,，具有壓縮效率高,，系統(tǒng)功耗小的特點。由于在色度壓縮上的特殊處理,，在實現高壓縮效率的同時也保證了很好的清晰度和色彩還原質量,，最高分辨率可達704x576.該模塊內置CDMA 通訊控制協(xié)議及TCP/IP 協(xié)議，支持動態(tài)或固定IP 地址方式,，支持域名解析,，多種觸發(fā)啟動模式，具有2 路雙向輔助串行口,，可連接串行用戶設備,，支持雙向測控數據復用。傳輸速率為：彩色320x240/CDMA2000 1X -平均5 幀/秒,，最高15 幀/秒,；彩色640x480/CDMA2000 1X - 平均0.5 幀/秒，最高2 幀/秒,。

將攝像頭輸出的 NTSC 或PAL 制視頻信號接入該模塊,，經解碼器解碼后送入DSP 芯片。

DSP 采取基于H.264 的視頻壓縮算法,，采用多模式多尺寸運動估算和4x4 整數無損變換等多種最新視頻壓縮技術,，具有編碼效率高、圖像質量好等優(yōu)點,。DSP 將經壓縮的視頻數據送入CDMA 模塊,，通過無線網絡將視頻數據送到視頻服務器，從而實現了視頻信號的無線傳輸,。

此外,，機車上的運行記錄單元是保證機車安全運行的重要裝置，它記錄著機車運行時的各項數據,。在車載端可通過一個小的單片機系統(tǒng),，從機車TAX 箱中將這些運行數據實時讀出，并送入極目728M 模塊的RS232 接口中，將這些數據無線傳輸到服務器,，使得地面監(jiān)控人員也能夠實時了解機車運行的數據,。

3.2 視頻服務器

視頻服務器是整個機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵部分，它是車載端和地面遠程監(jiān)控端聯系的樞紐,。車載端將數據通過無線網絡發(fā)送到服務器上,，遠程監(jiān)控端通過視頻服務器來實時瀏覽這些重要數據。因為需要處理大量的視頻數據,，所以視頻服務器需要一個性能良好,，能夠穩(wěn)定運行的硬件平臺。另外,，需要申請一個獨立固定的IP 地址,，使得各個地面遠程監(jiān)控端能夠訪問視頻服務器。視頻服務器端軟件在百目公司提供的與極目728M 配套的SDK 上開發(fā),，簡潔方便,。服務器軟件工作流程如下：

（1）服務器啟動，向車載端發(fā)送包含本地地址信息的短消息,，此時車載端處于離線狀態(tài),；（2）車載端接收到短消息后，自動上線然后與服務器進行連接,，此時車載端處于休眠狀態(tài),；（3）服務器向車載端發(fā)送激活命令，當車載端激活后服務器便可以控制傳輸器傳輸視頻圖象,，并可以進行其他的遠程操作,，此時車載端處于激活狀態(tài)；（4）服務器操作完畢,，斷開與傳輸器的連接,，然后關閉服務器，此時站點處于離線狀態(tài),。

3.3 遠程監(jiān)控端

遠程監(jiān)控端是是地面管理人員實時監(jiān)控機車運行狀況和司機駕駛情況的平臺,，只需在能夠上網的普通PC 機上安裝一套客戶端軟件即可。視頻服務器首先給各個地面監(jiān)控端分配好用戶名和密碼,，遠程監(jiān)控端通過客戶端軟件,，使用用戶名，密碼登錄視頻服務器,，不同級別的用戶,，可以取得不同的權限，瀏覽或控制各個車載端,。遠程監(jiān)控端客戶軟件工作流程如下：

（1）設置網絡參數,，包括服務器地址/端口,，本地地址/端口，用戶名/密碼,；（2）連接視頻服務器，判斷連接成功或者失敗,，產生相應事件,；（3）連接上視頻服務器后，出現車載端列表,，選擇需要瀏覽的車載端名稱,，并啟動視頻瀏覽；（4）在啟動視頻瀏覽后,，可以設置視頻參數,，以及選擇車載端不同的畫面瀏覽；（5）結束視頻瀏覽后,，可從視頻服務器等出并斷開連接,。

4. 結論

開發(fā)一套機車視頻監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的，它可以幫助司機更好的駕駛機車,，減輕司機的工作壓力,，降低司機的工作強度，提高機車行駛的安全性,。此外,，該系統(tǒng)還可以幫助地面管理部門實施遠程實時監(jiān)控，便于管理,。

該開發(fā)方案是建立在 DVR 和視頻傳輸模塊之上的,，開發(fā)周期較短，過程簡單可行,。